JPH0556134B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は角膜等、被検体の曲率を自動的に測定
する装置に関するものである。

（発明の背景） 従来、この種の装置としては特開昭57−125302
号がある。この装置は、リング状光源からの光を
角膜に投影し、角膜反射によつて生じた楕円像を
１次元イメージセンサにて受光し、楕円像を切る
イメージセンサの長さより角膜の曲率を求めるも
のであるが、楕円像の中心がイメージセンサ上か
らずれた場合には測定に誤差を生じる欠点があつ
た。又、別の例としては、特開昭58−54927号が
ある。これは楕円の形状を特定するために、イメ
ージセンサを５本に増して等価的に放射状に並
べ、回転機構を除去して前記欠点を回避したもの
であるが、電気的処理系が複雑になることと、角
膜表面がトーリツク面であることを前提にしてい
るため、角膜表面がこのような前提からずれた場
合には測定値にエラーを生じる等の欠点を有す
る。

又、これらの例では特殊なリング状光源を必要
とする問題もあつた。

（発明の目的） 本発明はこれらの欠点を解決し、簡単な構成か
つ高い精度で自動的に曲率を測定できる装置を提
供することを目的とする。

（発明の概要） 本発明は一対の直線指標を被検体で反射させて
一次元イメージセンサ上に投影し、１次元イメー
ジセンサから得られる信号から該センサ上の直線
指標像の間隔を被検体の曲率に対応させると共
に、乱視成分を検出するために、一対の直線指標
と被検体との間及び被検体と一次元イメージセン
サとの間に共通のイメージローテータを設けて、
一対の直線指標と一次元イメージセンサとを測定
光軸を中心にして回転させたと等価の効果を得る
ことを特徴としている。

（実施例） 以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を
説明する。

光軸１を挾んで対称な位置には、紙面垂直方向
へ延びたスリツト状光源２ａ，２ｂが配設されて
いる。スリツト状光源２ａ，２ｂの前方にはリレ
ーレンズ３が配設され、リレーレンズ３の前方に
はイメージローテータ４が配設されている。リレ
ーレンズ３の前方には、第２図に平面図を示した
ように、中央部には光軸１を中心とする透光部５
ａを有しかつ光軸１を中心としたリング状透光部
５ｂを有する絞り板５が配設されている。第２図
の斜線部分は遮光部である。絞り板５の前方に
は、絞り板５の位置を後側焦点位置とする対物レ
ンズ６が配設されている。また、スリツト状光源
２ａ，２ｂの後方には、紙面内で光軸に垂直に、
光軸１がほぼ受光面の中心で交わるように一次元
イメージセンサ７が配設されている。

従つて、光源２ａ，２ｂからの射出光は、リレ
ーレンズ３、イメージローテータ４を経て、絞り
板５のリング状透光部５ｂの位置に結像され、対
物レンズ６によつて平行光束となり、対物レンズ
６の前方の被検体（本例の場合は角膜）８に照射
される。角膜８表面の反射で形成された虚像は、
対物レンズ６によつて絞り板５とリレーレンズ３
との間で一度結像され、イメージローテータ４、
リレーレンズ３によつて一次元イメージセンサ７
上に再結像される。イメージセンサ７上に結像し
たスリツト状光源の様子は、第１図のＰ矢視図で
ある第３図に示したようになる。第３図におい
て、２a′，２b′はイメージセンサ７上の光源像で
ある。そして、光源像２a′，２b′の間隔ｌは、角
膜８の紙面を含む経線方向の曲率に対応してい
る。

イメージローテータ４を光軸１を中心に回転さ
せると、角膜８に対してスリツト状光源２ａ，２
ｂと一次元イメージセンサ７とを一体に光軸１を
中心に回転させると同じ効果を得ることができ
る。従つて、イメージローテータ４を所定量ずつ
回転し、その回転角と対応をとつて、一次元イメ
ージセンサ７上の光源像２a′，２b′の間隔ｌを測
定するようにすれば、各経線方向の曲率が測定で
き、角膜８表面の乱視成分を検出することができ
る。

第１図の光学系と共に用いられる電気系は第４
図の如くである。すなわち、一次元イメージセン
サ７を含むイメージセンサ手段９からの信号（第
６図ａ）は、間隔測定手段１０へ入力される。間
隔測定手段１０は、イメージセンサ手段９から入
力される第６図ａの信号を、適当なスレシホール
ドレベルVfで切つた第６図ｂの信号に波形整形
する波形整形回路と、第６図ｂの信号の初めの立
上りでセツトされ、次の立上りでリセツトされ、
第６図ｃの如き信号を出力するフリツプフロツプ
回路と、第６図ｄの如きクロツクパルスを出力す
るパルス発生器と、第６図ｃの信号と第６図ｄの
信号とのアンドをとり、第６図ｅの如く、第６図
ｃの信号が高レベルのときにのみクロツクパルス
を出力するアンド回路と、一次元イメージセンサ
７上の光源像２a′，２b′の間隔ｌに対応した第６
図ｅのパルス数を計数するカウンタと、を含む。
カウンタの計数値は間隔測定手段１０の出力であ
つて、コンピユータ１１に入力される。

コンピユータ１１は、イメージローテータ４の
初期位置検出器１２からの初期位置信号を入力
し、また、イメージローテータ４を間欠駆動する
パルス駆動装置１３に駆動信号を入力せしめると
共に、表示手段１４には測定値を表示せしめる。
パルス駆動装置１３は、イメージローテータ４を
光軸１を中心に回転自在に保持する保持部材と、
この保持部材を回転するためのステツピングモー
タ手段と、この手段の回転軸の回転を保持部材に
伝達する伝達部材（例えば歯車）を含む。

コンピユータ１１の動作を第５図のフローチヤ
ートに従つて詳述すると以下の如くである。すな
わち、コンピユータ１１はまず、初期位置検出器
１２からの信号によつてイメージローテータ１１
が初期位置にあるか否かを判断する（ステツプ１
５）。初期位置にあれば、測定回数Ｎとして１を
設定し（ステツプ１６）、測定回数Ｎが所定値Ａ
に等しくなつたか否かを判断するステツプ１７に
入る。いまＮ＝１であるから、ステツプ１８に分
岐して、間隔測定手段１０から光源像２a′，２
b′の間隔ｌを読み取る。次に、この読み取つた間
隔ｌを、測定回数Ｎ＝１と対応させて記憶部に記
憶する（ステツプ１９）。そして、イメージロー
テータ４を所定量、例えば１度回転させる如く、
パルス駆動装置１３に駆動信号を入力せしめる
（ステツプ２０）。パルス駆動装置１３は、ステツ
ピングモータ等を有しており、イメージローテー
タ４を１度回転させる。コンピユータ１１はステ
ツプ２１で測定回数Ｎ＝２とし、再びステツプ１
７，１８，１９，２０，２１を繰り返す。そし
て、測定回数Ｎが所定回数Ａに等しくなると（ス
テツプ１７）、ステツプ１９で記憶した間隔ｌの
最大値、最小値及びそのときの測定回数（初期位
置からの測定回数によつて、イメージローテータ
４の初期位置からの回転角、ひいては測定径線の
方向がわかる）を読み取る（ステツプ２２）。ス
テツプ２２で読み取つた値に基づいてコンピユー
タ１１は、角膜８の曲率、乱視成分の演算を行な
い（ステツプ２３）、表示手段１４に演算結果を
表示せしめる（ステツプ２４）。

なお、上記実施例では、第１図の光学におい
て、対物レンズ６の後側焦点位置に絞り板５を配
設してテレセントリツク光学系を構成しており、
また角膜８には平光光束が照射される構成である
から、角膜８の位置が所定の位置より光軸上で多
少前後しても（対物レンズ６との間隔が変化する
こと）、一次元イメージセンサ７上では、主光線
の位置は変化しないため、光源像２a′，２b′がぼ
ける程度で、中心の位置は変化することがないの
で、正確な測定が行なえる。ただし、角膜８と対
物レンズ６との間隔を正確にあわせることを前提
にすれば、テレセントリツク光学系を用いる必要
はない。

また、角膜８の位置が光軸１に垂直な方向へ少
しずれても、一次元イメージセンサ７上の光源像
２a′，２b′は上下左右に平行移動するだけである
から、両者の間隔は変化せず、かつ点光源を用い
た場合のように光源像が一次元イメージセンサ７
上から外れてしまうおそれもない。

また、第４図で示した初期位置検出器１２は種
種のものが用いうるが、例えばイメージローテー
タ４と共に回転する部材に初期位置に対応せしめ
てスリツトの形成されたスリツト部材を設け、こ
のスリツトを挾むように光源と受光素子を配設
し、イメージローテータ４が初期位置にくると光
源と受光素子の間にスリツトがきて、そのときの
み受光素子から所定レベル以上の電気信号が得ら
れるように構成すれば、所定レベル以上の信号に
よつてイメージローテータ４が初期位置にあるこ
とを知ることができる。勿論、上述の光電検出の
代わりに、リミツトスイツチを用いる等機械的な
検出を用いることも容易に行なえることである。

また、イメージローテータ４の回転に対し、像
は２倍回転し、かつ、被検体８の全径線の情報を
得るには、照射方向を180度の範囲で変化させれ
ば十分であるから、イメージローテータ４を回転
駆動するモータとしてシンクロナスモータを用
い、このモータの回転軸に方向合わせした90度毎
に初期位置信号を出力するようになした光電式、
磁気式等の角度読取用ロータリーエンコーダを配
設すれば、このエンコーダからの信号と間隔測定
手段１０からの信号を同期して読み取ることによ
つて、コンピユータ１１は連続測定を行なえるこ
とになる。この場合、コンピユータ１１からイメ
ージローテータ４を間欠駆動する信号を送出する
必要はなくなる。

さらに、第１図で用いたスリツト状光源２ａ，
２ｂは、発光ダイオード等によつてそのような形
状の光源を直接構成しても良く、また、リレーレ
ンズ３と一次元イメージセンサ７との間にハーフ
ミラーを用いて他の光学系より導いてくることも
できる。しかしながら、後者の場合は、光量の減
少という不都合があるので、例えば第７図の如き
構成にすると都合が良い。すなわち、光軸に対称
に配設された光源２５ａ，２５ｂより光軸１の方
向へ向けて射出された射出光は、コレクターレン
ズ２６ａ，２６ｂで集められ、小プリズム２７
ａ，２７ｂで光軸１とおおよそ平行な方向に曲げ
られ、第１図のスリツト状光源２ａ，２ｂと同一
の機能を果すスリツト２８ａ，２８ｂを照明す
る。それによつてスリツト状光源が形成される。
第７図の例では、ガラス板２９に２つのスリツト
２８ａ，２８ｂと中心の測定光束の通る部分を透
光部とし、他を遮光部とする如く金属を蒸着し、
スリツト２８ａ，２８ｂの背後に小プリズム２７
ａ，２７ｂを張り付けて形成している。この例に
よれば、２つのスリツト２８ａ，２８ｂからの射
出光束の拡がりをコレクターレンズ２６ａ，２６
ｂによつて２つのスリツト２８ａ，２８ｂの射出
光が下必要に拡がらないように調節できるので、
指標投影光学部材による反射光がイメージセンサ
７に入射することを極力避けることができる。

次に、第８図によつて本発明の第２実施例を説
明する。第８図は第２実施例の光学系を示してお
り、第１図と異なる点は、角膜８と装置本体とを
正しい位置関係に導くためのモニター光学系が追
加されている点である。

すなわち、イメージローテータ４と絞り板５と
の間に視野レンズ３０を配設し、スリツト状光源
２ａ，２ｂをリレーレンズ３と視野レンズ３０と
によつて絞り板５のリング状透光部５ｂと共役に
なし、また、視野レンズ３０と対物レンズ６との
間で照明光束は光軸１に平行なテレセントリツク
光束となつており、対物レンズ６の前側焦点Ｆの
近傍に照射される。対物レンズ６の前側焦点Ｆと
一次元イメージセンサ７とは対物レンズ６、視野
レンズ３０、リレーレンズ３によつて共役になつ
ている。対物レンズ６と絞り板５との間には、穴
あきミラーの如き部分的透過ミラー３１が斜設さ
れ、ミラー３１で反射された光は、モニターレン
ズ３２を経て撮像素子３３に結像される。すなわ
ち、撮像素子３３はモニターレンズ３２の後側焦
点位置にあり、その結果、対物レンズ６の前側焦
点Ｆは撮像素子３３と共役になる。撮像素子３３
の出力信号は、テレビモニター３４にて視覚化さ
れる。

従つて、装置全体Ｍを移動してテレビモニター
３４上で角膜の反射によるスリツト状光源２ａ，
２ｂの虚像にピントを合わせると、一次元イメー
ジセンサ７上にも正しく上記虚像を結像すること
ができる。

なお、部分的透過ミラー３１はハーフミラーと
しても良いし、ダイクロイツクミラーとして測定
光とテレビ観察光とを波長分離しても良い。

さらに、部分的透過ミラー３１を測定光として
用いる遠赤外光を透過し、それ以外を反射するコ
ールドミラー（ダイクロイツクミラーの一種であ
り、以下部分的透過ミラー３１をコールドミラー
３１に置き換えて説明する）とし、コールドミラ
ー３１とモニターレンズ３２との間にテレビ観察
光としての近赤外光を透過し、可視光を反射する
ダイクロイツクミラーを斜設し、被検眼の観察す
る指標をこのダイクロイツクミラー、コールドミ
ラー３１で反射せしめ、対物レンズ６を介して被
検眼に投影すると共に、上記ダイクロイツクミラ
ーの裏面を用いてピント合せのための指標を撮像
素子３３上に結像するようになせば、被検眼を固
視しうると共に指標がテレビモニタ３４上に現わ
れるので、ピント合せ及び位置合せを容易に行な
うことができる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、リング状光源の
代りに、二本の直線状光源を使用するので、正確
な位置合わせをしなくても高精度に測定すること
ができ、１本のイメージセンサで測定できるので
電気系も単純になる。又、任意に多数の測定点を
取ることができるので、被検面がトーリツク面か
らずれていても、そのずれを検出しながら平均化
したトーリツク面形状を測定することも可能であ
る。さらに、光源としては特殊なリング光源を必
要とせずフイラメントや発光ダイオードなど一般
的な光源で充分な光量を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の光学系を示す
図、第２図は第１図で用いる絞り板の平面図、第
３図は一次元イメージセンサ上にスリツト状光源
像が生じている様子を示す第１図のＰ矢視図、第
４図は第１図と共に用いられる電気系のブロツク
図、第５図は第４図で用いられるコンピユータの
動作を説明するフローチヤート、第６図は第４図
で用いられる間隔測定手段の動作を説明するため
のタイムチヤート、第７図は第１図で用いられる
スリツト状光源を形成する他の例を示す斜視図、
第８図は本発明の第２実施例の光学系を示す図、
である。 （主要部分の符号の説明）、２ａ，２ｂ…スリ
ツト状光源、３…リレーレンズ、４…イメージロ
ーテータ、６…対物レンズ、７…一次元イメージ
センサ、９…イメージセンサ手段、１０…間隔測
定手段、１１…コンピユータ、１３…パルス駆動
装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対物レンズと、 前記対物レンズの周辺を用いて一対の直線指標
   を被検体に投影するための指標投影手段と、 前記対物レンズと前記指標投影手段との間に配
   設され、前記指標投影手段からの光を前記対物レ
   ンズの光軸のまわりに回転するイメージローテー
   タと、 被検体で反射された前記一対の直線指標を、少
   なくとも前記対物レンズ、前記イメージローテー
   タを介して受光する一次元イメージセンサと、 前記イメージローテータを回転する回転手段
   と、 前記イメージセンサの出力を前記イメージロー
   テータの回転位置に同期させて読み出し、前記一
   対の指標の入射位置で定まる前記被検体の経線方
   向の曲率を求める演算手段と、 を有することを特徴とする自動曲率測定装置。